【摘要】：自工業(yè)革命以來,人類對(duì)自然的干擾與日俱增,引起了一系列的全球環(huán)境問題。由人為排放過量CO2導(dǎo)致的全球氣候變暖更是成為全球研究熱點(diǎn)。海洋是全球重要的碳儲(chǔ)庫,吸收了大約1/3的人為排放的CO2。這些CO2溶于海水,導(dǎo)致海水中溶解態(tài)CO2濃度上升,海水pH下降,即海洋酸化。硅藻是海洋重要的固碳生物,貢獻(xiàn)了海洋40%,全球1/4的初級(jí)生產(chǎn)力,在全球碳循環(huán)中扮演重要角色。除此之外,硅藻具有較高的生物泵效率,貢獻(xiàn)了超過一半的海洋有機(jī)碳向下輸出的通量,對(duì)緩解全球氣候變暖具有重要意義。目前對(duì)硅藻的酸化研究大多只是對(duì)現(xiàn)象的描述,鮮有從機(jī)理上對(duì)酸化的影響進(jìn)行闡述。海洋酸化包括CO2和pH這兩個(gè)因素的同時(shí)變化,要從機(jī)理上對(duì)酸化如何影響硅藻進(jìn)行解釋必須考慮這兩個(gè)因子分別的效應(yīng)。然而,用傳統(tǒng)方法進(jìn)行酸化研究無法區(qū)分兩個(gè)因子,從而限制了對(duì)酸化影響藻類進(jìn)行深層次機(jī)理上的探討。據(jù)此,本研究從區(qū)分海洋酸化的雙效應(yīng)出發(fā),以人工海水SOW為基礎(chǔ),通過投加不同濃度的NaHCO3,同時(shí)以強(qiáng)酸強(qiáng)堿調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pH,再以有機(jī)酸EPPS穩(wěn)定培養(yǎng)液pH等一系列手段來實(shí)現(xiàn)對(duì)培養(yǎng)液碳酸鹽體系的調(diào)控,達(dá)到區(qū)分CO2和pH這兩個(gè)因子的目的。研究第一部分以海洋代表性硅藻牟氏角毛藻、假微型海鏈藻和三角褐指藻為研究對(duì)象,對(duì)其無機(jī)碳獲取過程在四個(gè)不同的pCO2-pH條件(400-8、800-8.1、400-7.8、800-7.8)下的響應(yīng)進(jìn)行研究,探討CO2及pH如何影響硅藻無機(jī)碳獲取以及其對(duì)硅藻生長的影響。研究第二部分以牟氏角毛藻為模式生物,通過對(duì)藻類生長、碳代謝和氮代謝等不同生理生化過程在四個(gè)不同pC02-pH條件下響應(yīng)來探究海洋酸化(400-8.1vs800-7.8)對(duì)其影響,總結(jié)部分綜合研究兩部分內(nèi)容及前人數(shù)據(jù)對(duì)海洋酸化的兩個(gè)因子(CO2和pH)影響海洋硅藻的機(jī)理進(jìn)行初步探討。實(shí)驗(yàn)第一部分結(jié)果表明,酸化條件下(400-8.1vs800-7.8)三種硅藻的CCM都有一定幅度的下調(diào)。而且CO2是主要的調(diào)控因子,CO2濃度上升對(duì)三種硅藻CCM的下調(diào)都有一定作用,但pH對(duì)硅藻CCM則沒有影響。橫向?qū)Ρ热N硅藻的CCMs,牟氏角毛藻的K1/2最大,并且在酸化條件(400-8.1vs800-7.8)下提高利用CO2作為碳源的幅度最高(牟氏角毛藻38%,假微型海鏈藻16%,三角褐指藻20%),因此其CCM效率可能最低,可能更受益于酸化((CO2濃度上升)。實(shí)驗(yàn)第二部分結(jié)果表明:酸化(400-8.1vs800-7.8)促進(jìn)了牟氏角毛藻的生長(13%),且CO2的上升是主要的影響因子。酸化(400-8.1vs800-7.8)對(duì)碳代謝中的總固碳速率(Shor term 14C uptake rate)、凈固碳速率(Net C uptake rate)都有較大的促進(jìn)作用,且CO2的上升和pH下降都有一定貢獻(xiàn)。然而這兩個(gè)因子對(duì)牟氏角毛藻呼吸速率基本沒有影響,導(dǎo)致凈生長加快。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明牟氏角毛藻的氮代謝和碳代謝是同步變化的。酸化(400-8.1vs800-7.8)對(duì)牟氏角毛藻的凈氮同化速率也是促進(jìn)的(CO2的上升和pH下降共同影響),這一點(diǎn)由氮同化的關(guān)鍵酶硝酸還原酶的活性與凈氮同化速率同步變化這一結(jié)果印證。因此對(duì)牟氏角毛藻而言,CO2的上升和pH下降共同導(dǎo)致對(duì)碳的吸收加強(qiáng),并且?guī)?dòng)氮的吸收同化加強(qiáng),最終導(dǎo)致酸化條件(400-8.1vs800-7.8)細(xì)胞對(duì)碳、氮的吸收加快,生長加快。但并不是所有硅藻對(duì)酸化的響應(yīng)都是一致的,結(jié)合實(shí)驗(yàn)第一部分內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)室未發(fā)表數(shù)據(jù)可知,酸化(400-8.1vs800-7.8)并不一定會(huì)導(dǎo)致硅藻生長加快,假微型海鏈藻的生長對(duì)CO2的上升和pH都沒有響應(yīng),C02的上升對(duì)三角褐指藻的生長有一定促進(jìn)作用,最終導(dǎo)致酸化(400-8.1vs800-7.8)下生長加快(3.3%)。不同硅藻對(duì)海洋酸化的不同響應(yīng)存在明顯區(qū)別,這可能與不同調(diào)控因子(CO2或pH)調(diào)控不同生理生化過程(無機(jī)碳獲取、呼吸作用等)所造成的凈效應(yīng)導(dǎo)致。牟氏角毛藻的無機(jī)碳獲取受CO2調(diào)控,在酸化條件下(400-8.1vs7.8-900)節(jié)省能量,促進(jìn)了生長。假微型海鏈藻的呼吸作用受pH調(diào)控,在酸化條件下呼吸加強(qiáng),消耗固碳與CO2的正效應(yīng)抵消,最終導(dǎo)致假微型海鏈藻對(duì)酸化無響應(yīng)。三角褐指藻的無機(jī)碳獲取受CO2調(diào)控,在酸化條件下節(jié)省能量,促進(jìn)了生長,但幅度較弱�？傊�,不同硅藻對(duì)海洋酸化的響應(yīng)不同,有促進(jìn)也可能沒有效應(yīng)。從初步生理機(jī)理上來看,可能是無機(jī)碳獲取過程(CO2調(diào)控)和呼吸作用(pH調(diào)控)以及碳、氮吸收等生理過程的凈效應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X173;X55
【圖文】：

等人在夏威夷的莫納羅亞觀測站，對(duì)大氣Ｃ０２濃度及其時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行精確、逡逑系統(tǒng)的采集。得到的數(shù)據(jù)繪制成的基林曲線（Ｋｅｅｌｉｎｇｃｕｒｖｅ）可以清楚、直觀地逡逑得到大氣Ｃ０２濃度隨時(shí)間變化的趨勢。圖１－１為１７００年至今的大氣Ｃ０２濃度隨逡逑時(shí)間變化圖，從圖１－１中我們可以看出，大氣（：０２濃度在工業(yè)革命后急劇上升，逡逑并且增長速率越來越大，目前大氣Ｃ０２濃度已經(jīng)突破了邋４００邋ｎａｔｍ，對(duì)比１７００年逡逑上升了邋４９％。如果不對(duì)Ｃ０２進(jìn)行人為調(diào)控，減少碳排放，任由局勢發(fā)展，大氣逡逑中Ｃ０２濃度只會(huì)越來越高，根據(jù)ＩＰＣＣ的對(duì)未來Ｃ０２排放量所做的模型（ＩＳ９２ａ）逡逑模擬可以得到，到本世界末，大氣Ｃ０２濃度可能會(huì)增至７５０－１０００邋＾ａｔｍ＇大氣逡逑Ｃ０２濃度上升導(dǎo)致的氣候變暖、冰川融化、海平面上升和異常氣候頻發(fā)等現(xiàn)象會(huì)逡逑更嚴(yán)重，對(duì)人類的生存環(huán)境的威脅也更加史無前例。逡逑１逡逑

邐１９５０邐２０００逡逑圖１－１大氣ｃｏ２濃度隨時(shí)間變化趨勢１６１逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｒｅｎｄｓ邋ｏｆ邋ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｄｉｏｘｉｄｅ邋ｓｉｎｃｅ邋１７００逡逑通過對(duì)大氣ｃｏ２的長期觀測以及人類消耗的礦物燃料等數(shù)據(jù)的分析表明，逡逑大氣Ｃ０２的增加量遠(yuǎn)小于人類活動(dòng)的釋放量，大氣Ｃ０２的增量大約只占４０％的逡逑人為釋放總量［７］。其余的人為來源ｃｏ２最可能的去向就是周轉(zhuǎn)時(shí)間為幾十年到幾逡逑百年的碳庫。這些碳庫將人為ｃｏ２從空氣中暫時(shí)固定下來，對(duì)降低大氣（：０２具逡逑有重要作用。海洋是大氣ｃｏ２重要的一個(gè)儲(chǔ)庫［７］，自工業(yè)革命以來，海洋從大氣逡逑中吸收的Ｃ０２占人為排放二氧化碳的３０％ｍ，因此海洋作為Ｃ０２的一個(gè)重要儲(chǔ)逡逑庫，對(duì)緩解全球變暖具有重要作用。海洋吸收大氣ｃｏ２的主要途徑有兩條，一逡逑是通過溶于水的（：０２與（；０３＞反應(yīng)形成ＨＣ０廠，并且由于這一反應(yīng)的平衡常數(shù)很逡逑大

４邐５邐６邐７邐８邐９邐１０邐１１逡逑ｐＨ逡逑圖１－３海水中三種無機(jī)碳相對(duì)含量隨ｐＨ變化１９１逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｒｅｌａｔｉｖｅ邋ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｔｈｒｅｅ邋ｉｎｏｒｇａｎｉｃ邋ｆｏｒｍｓ邋ｏｆ邋Ｃ0２邋ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ邋ｉｎ逡逑ｓｅａｗａｔｅｒ逡逑１．３海洋酸化對(duì)硅藻的影響逡逑海洋酸化對(duì)海水碳酸鹽體系有較大影響（見緒論１．２）。由于生境發(fā)生變化，逡逑生活在海水中的浮游植物不可避免的也會(huì)對(duì)海洋酸化有一定響應(yīng)。海洋酸化通過逡逑影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)最終影響整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)，和全球生物地球化學(xué)循環(huán)。逡逑由于海洋酸化是海水Ｃ０２濃度上升和ｐＨ下降同時(shí)發(fā)生的，這兩個(gè)因素可能會(huì)對(duì)逡逑海洋浮游植物的各生理生化過程造成影響。逡逑１．３．１海洋浮游植物與硅藻的生態(tài)意義逡逑海洋浮游植物對(duì)全球固碳有重大貢獻(xiàn)。由于浮游藻類生長很快，因此以不到逡逑陸地植物１％的生物量貢獻(xiàn)了全球一半的初級(jí)生產(chǎn)力［ｉａｉｌ］。浮游植物驅(qū)動(dòng)大氣中逡逑的Ｃ０２不斷溶于海洋，被稱為海洋生物泵［１２］（圖卜４），是全球重要的碳匯之一。逡逑海洋生物泵的運(yùn)作主要是靠浮游植物的光合作用固定大氣中的Ｃ０２為顆粒有機(jī)逡逑物（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ邋Ｏｒｇａｎｉｃ邋Ｃａｒｂｏｎ，邋Ｐ０Ｃ），固定的Ｐ０Ｃ通過更高營養(yǎng)級(jí)動(dòng)物的攝逡逑食作用向深海運(yùn)輸，并經(jīng)分解、沉降將碳埋藏在深海。除此之外，浮游植物和浮逡逑游動(dòng)物還會(huì)釋放溶解有機(jī)碳（Ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ邋Ｏｒｇａｎｉｃ邋Ｃａｒｂｏｎ

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 高坤山;;海洋酸化正負(fù)效應(yīng):藻類的生理學(xué)響應(yīng)[J];廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年02期

2 ;Effect of CO_2 concentrations on the activity of photosyn-thetic CO2 fixation and extra-celluar carbonic anhydrase in the marine diatom Skeletonema costatum[J];Chinese Science Bulletin;2003年23期

3 胡晗華,高坤山;CO_2濃度倍增對(duì)牟氏角毛藻生長和光合作用的影響[J];水生生物學(xué)報(bào);2001年06期

本文編號(hào)：2770307